Güç elektroniği terimi, çok geniş bir alanda elektronik devreleri içine alır ve buradaki amaç ise bir kaynaktan bir yüke giden elektrik gücünün kontrol edilmesidir. Bu kontrol çok değişik biçimlerde; örneğin sadece kaynaktan yüke giden gücün miktarı olabilir. Bunun yanında, kaynaktaki gücün özelliğiyle karşılaştırıldığında yüke verilen gücün özelliğinin de değiştirilmesi gerekebilir. Buna örnek ise, bir AC kaynak frekansının yükün gereksinimi olan başka bir frekansa değiştirilmesidir. Bütün bu işlemlerde verimlilik önemlidir. Eğer aktarılan güç ve işlem verimsiz ise büyük kayıplar oluşur. Büyük güçlerde verimli bir kontrol anahtarlama teknikleri kullanılarak yapılır. Anahtarlama işleminde kullanılan elemanlar yarı iletken elemanlardır. Bunlar: Diyot, transistör, tristör ve triyak olarak sayılabilir. GÜÇ DİYOTLARI: Diyot ve Yapısı: Diyot P ve N tipi yarı iletken yapıların birleştirilmesiyle yapılmış bir elektronik devre elemanıdır. Diyotun birleşim yüzeyinde gerilim seti oluşur. Oluşan bu gerilim setini aşacak kadar gerilim uygulandığında diyottan akım geçmeye başlar. Aksi durumlarda diyottan akım geçmez. Diyottan akım geçen duruma diyotun iletim durumu, diyottan akım geçmeyen duruma ise diyotun yalıtım durumu denir. Silisyumdan yapılan diyotlar için gerilim seti 0,7V ve germanyum diyotlar için ise 0,3V veya 0,35V olarak kabul edilir. Diyotta P tipi maddeye bağlanan uca A (anot), N tipi maddeye bağlanan uca K (katot) denir. Diyotun iletimi için anot katoda göre daha pozitif veya katot anoda göre daha negatif olmalıdır. Yarı iletken elemanların çalışmasını anlamak için karakteristik eğrilerini iyi bilmek gerekir. Şekil:1 de silisyum diyota ait karakteristik görülmektedir. Karakteristik incelenirse: Diyot doğru polarma uygulandığında anot katot arasındaki gerilim değeri 0,7V değerine ulaşıncaya kadar diyottan çok küçük bir sızıntı akımı geçer. 0,7V değerinden sonra diyottan büyük bir akım geçer ve bu durum diyotun iletime geçmesi olarak adlandırılır. Diyota ters polarma uygulandığı zaman kırılma gerilim değerine kadar ters yönde bir sızıntı akımı geçer. Bu değer aşıldığında ters yönde büyük bir akım geçer ve diyot bozulur. - 1 -
DİYOTLARLA YAPILAN REDRESÖR (DOĞRULTMAÇ) DEVRELERİ: 1) Yarım Dalga Doğrultmaç Devresi: AC 220V T1 D1 RL Yarım dalga doğrultmaç devresinin çalışmasını anlayabilmek için alternatif akımı pozitif ve negatif alternans olarak ayrı ayrı incelemek gerekir. Pozitif alternansta trafo sekonderinin üst ucu (+), alt ucu (-) olur. Bu durumda diyot iletime geçer ve R L direnci üzerinde giriş sinyali görülür. Alternan s değiştiğinde trafonun sekonder uçları ters polarize olur. Bu durumda diyot yalıtımdadır ve çıkışta 0V görülür. 2- Tam Dalga Doğrultmaç: İki değişik şekilde tam dalga doğrultmaç yapılabilir: a) İki Diyotla Yapılan Tam Dalga Doğrultmaç: T1 D1 D2 RL Şekildeki devrede orta uçlu trafo kullanılmaktadır. Devrede trafonun sekonder uçlarına pozitif alternans geldiğinde uçlar (+), 0 ve (- ) olarak kutuplanır. Bu durumda D1 diyotu iletimde ve D2 diyotu yalıtımdadır. Giriş çıkışta görülür. Girişe negatif alternans geldiğinde trafonun sekonder uçları ( - ), 0 ve (+) şeklinde kutuplanır. Bu durumda D1 diyotu yalıtımda ve D2 diyotu iletimdedir. Girişteki negatif alternans çıkışta pozitif olarak görülür. Devrenin dezavantajı orta uçlu trafo - 2 -
kullanılmasıdır. Devrede negatif alternansın pozitif olarak çıkışa yansıması yarım dalga doğrultmaca göre üstünlüğüdür. b) Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultmaç: T1 D4 D1 D3 D2 RL Şekildeki devrede pozitif alternansta D1 ve D3, negatf alternansta ise D2 ve D4 diyotları iletime geçer. Çıkış her iki alternans için pozitif olarak görülür. Devrenin avantajı her iki alternansta iletimde iki diyot olduğu gibi yalıtımda da iki diyotun olması ile ters Gerilime iki diyot dayanmaktadır. A- Tristörler : SİLİKON KONTROLLÜ ANAHTAR SİLİCON CONTROLLED RECTETİER ( SCR ) Tanımı: Tristör, anot ( A ), katot ( K ) ve geyt ( G ) ucu bulunan ve geytine uygulanan ( + ) sinyal ile A - K arası iletime geçen yarı iletken anahtarlara tristör denir. 1- Tristörün yapısı ve özellikleri : a-yapısı : PNPN şeklinde dört tabaka silisyum veya germanyum yarı iletken maddeden yapılır. Aşağıdaki şekilde görüldüğü üzere 1. P maddesinde anot ucu, 4. N maddesinde ise katot ucu, 3. P maddesinde ise geyt ucu mevcuttur. b- Özelliği : Tristörün sembo1ü, yapısı ve görünüşü - 3 -
Tristörün anoduna ( + ), katoduna ( -) ve geytine de ( + ) sinyal uygulandığında anot ile katot arasında akım akarak iletken olur. Tristör iletimde iken anoduna mutlaka bir yük bağlanmalıdır. Yük bağlanmadan uygulanan gerilim tristör üzerinden büyük akım geçmesine neden olacağından tristör yanar aşağıdaki şekilde değişik tristör resimleri görülmektedir. Değişik tristör resimleri Aşağıdaki şekilde tristörün geyt akımı sıfır iken akım-gerilim eğrisi verilmiştir. Tristör yalıtımdayken düz ve ters polarmada biraz sızıntı akımı geçirir. Ters polarma gerilimi ters kırılma gerilimine ulaştığında sızıntı akımı aniden yükselir. Tristörde bu istenmeyen durumdur. Tristörün çalışma eğrisi Düz polarmada ise polarma gerilimi Düz kırılma gerilimine ulaştığında tristör iletime geçer. Bu durumda A - K arası direnç değeri azaldığından A - K arası büyük bir akım geçerek tristör iletken olur. Doğru akımda tristörün geytini bir defa tetiklemek yeterlidir. Alternatif akımda ise geyt her alternansta tetiklenmelidir. - 4 -
Tristörün A.V.O Metre İle Sağlamlık Kontrolü : Sağlamlık kontrolünde iki yöntem kullanılır: I.Yöntem: Tristörün A.V.O. metre ile sağlamlık kontrolü Avometre direnç kademesinde ve X 100 konumundayken yukarıdaki şekilde ki gibi ohm metrenin ( - ) ucunu '' pilin ( + ) ucu '' anoda, ( + ) ucunu '' pilin ( - ) ucu '' katoda tutulduğunda ibre sapmayacak, anot ile geyt bir an için kısa devre edildiğinde ibre sapacak ve geytten kısa devreyi kaldırdığımızda ibre saptığı yerde kalıyorsa tristör sağlamdır. II.Yöntem: Bu yöntemde altı değişik ölçüm yapılarak sağlamlık kontrolü gerçekleştirilir: 1) Tristörün A (+), K( - ) uygulanırsa yüksek direnç 2) Tristörün A( - ), K(+) 3) Tristörün A (+), G( - ) 4) Tristörün A ( - ), G(+) 5) Tristörün K (+), G( - ) 6) Tristörün K ( - ), G(+) düşük Tristör İletime Geçirme Yöntemleri: 1- Tristörün Dışardan Bir Doğru Akım Kaynağı Tarafından Tetiklenmesi : Tristörün dışarıdan bir doğru akım kaynağı tarafından tetiklenme devresi Şekilde tristörün geyti, anodu besleyen kaynak dışında ayrı bir DC kaynaktan tetiklenmesi görülmektedir. Bu devrede kullanılan anot kaynağı AC bir kaynak ise; Sı anahtarı kapatıldıktan sonra S2 anahtarının biran için kapatılıp açılması tristörü iletime sokar ve tristör hep iletimde kalır. S2 anahtarının açılması tristörün iletimde kalmasına engel değildir. Tabiidir ki; DC kaynağın ( -) ucu katod, (+) anod yönünde bağlanmalıdır. - 5 -
Şayet kullanılan VAA kaynağı AC bir kaynaksa; tristör AC gerilim yalnızca pozitif alternansları anoda geldiğinde doğru yönde polarma olacağından, negatif alternanslarda yalıtımda kalır. Pozitif alternanslarda iletimde olabilmesi için her alternansta geyt devresinin yeniden tetiklenmesi gerekmektedir. Bu sebeple S2 anahtarı açıldığı anda devam eden pozitif alternans süresince iletirnde kalır, pozitif alternansın bitişi ile yalıtıma geçer ve S2 açık kaldığı sürece yalıtımda kalır. Bu devrede RG direnci geyt akımını sınırlayarak tristörün bozulmasını önlemek için kullanılmıştır. 2-Geytin Anot Kaynağı Üzerinden Tetiklenmesi: Şekildeki devrede ayrı bir kaynak kullanılmayıp, anod kaynağı yardımıyla tetiklenme AC veya DC i yöntemi görülmektedir. Yine burada da kullanılan VAA kaynağı DC bir bir kaynak ise S ı 'in kapatılmasından sonra S2'yi bir anlık kapatmak bile tristörü iletime geçirerek lambanın yanmasını sağlar. İletim sonrasında S2'nin açılması tristörün iletim halini sürdürmesini engellemez. Ancak VAA kaynağı AC bir kaynak ise tristörün iletimi yalnızca pozitif alternansta mümkün olup, her pozitif alternansta iletime geçebilmesi için S2'nin kapalı kalması, yani her pozitif alternansta tristörün yeniden tetiklenmesi gerekmektedir. S2 açıldığı anda anodda pozitif alternans var ise pozitif alternansın bitimine kadar tristör iletirnde kalır, pozitif alternansın bitişiyle birlikte yalıtıma gider. Bu devrede kullanılan Dı diyodu VAA kaynağının AC olduğu durumlarda gerekli olup, geyt devresinin negatif alternanslarda aşırı ters polarizasyon altında kalarak bozulmasını önlemek için kullanılmıştır. 3- Optokuplör ile Tetiklemek : Büyük akım ve gerilim ile çalışan yüklerin kontrolü için en uygun yöntemdir. Bu yöntem kumanda devresi ile güç devresini birbirinden ayırmak için kullanılır. Aşağıdaki şekilde ki devredes anahtarı kapatılırsa infrared LED iletken olarak ışık verir. Bu ışık ile foto transistör iletken olur ve tristör tetiklenerek Iamba veya motoru kumanda eder. - 6 -
4- Pals Transformatörü ile Tristörün Tetiklenmesi : Yukarıdaki şekildeki yöntem ise güç devresi ile kumanda devresini birbirinden yalıtmak için kullanılır. Bu devrede kullanılacak transformatörün amacı gerilim kazancı sağlamaktan ziyade elektromanyetik bir kuplaj meydana getirmek olduğundan dönüştürme oranının 1/1 olması tercih edilir. Tristörü Durdurma ( Kesime Götürme ) Yöntemleri : Tristör AC' de çalışırken geyt akımı kesilirse pozitif alternansın sonunda tristör durur. Doğru akımda çalışırken ise tristörün geyti tetiklenirse tristör iletken olur, geyt akımı kesilse dahi tristör iletimde kalır. İletken bir tristörün üzerinde çok az bir gerilim düşümü olur ( yak]aşık 1 Volt ) ve devreden geçen akım kesilse dahi tristör bu akımı 100 saniye kadar devam ettirmeye çalışır. Ancak tristöre ters polarma uygulanırsa bu zaman 20 saniyeye düşer. Küçük akım ve küçük gerilimlerde tristöre seri veya paralel anahtar bağlayarak kesime götürülürken, büyük akım ve gerilimlerde ise kapasitif devreler durdurulur. Tristörü durdurma yöntemleri şunlardır : 1- Anot-Katot arsını kısa devre etmek. 2- Anot veya katot gerilimlerini kesmek. 3- Anoda ters gerilim uygulamak( kapsitif durdurma ) 4- Geyte ters gerilim uygulamak 1- Anot-Katot Arasını Kısa Devre Yapmak: Aşağıdaki şekilde ki devrede tristöre paralel bağlanan bir anahtar çalışmayı durdurmak için kullanılır. Tristör iletimdeyken B 2 butona basıldığında bütün akım direnç ve B 2 butonu üzerinden geçer. Tristör üzerindeki akım ve gerilim sıfır olur ( anahtarı en az 100 saniye kapalı tutmak gerekir ). B 1 butonu açık olduğu için geyt akımı kesik olacağından tristör durur. Geyt akımı devam ederken ( B 1 kapalı iken ) b 2 butonuna basmak yükün çalışmasını etkilemez yani tristör durmaz, yük çalışmaya devam eder. Tristörü kesime götürmek için B 2-7 -
butonuna basmadan önce geyt akımının kesilmesi gerekir. 2-Anot veya Katot Gerilimlerinin Bir An İçin Kesilmesi: Şekildeki devrede S1 ve S2 anahtarları kapalı iken B ı butonuna bir an için basmak tristörü iletime geçirmeye yeter. B ı butonunun bırakılması sonrasında bile lamba yanmaya devam eder. Tristörün yalıtıma geçebilmesi (lambanın sönmesi) için S ı ya da Sı anahtarlarından birinin bir an için bile olsa açılarak; o an için anod-katod akımının kesilmesi tristörü yalıtıma sokar. Tristörün yalıtıma geçmesi sonrasında Sı veya Sı'nin kapatılması birşeyi değiştirmez, tristör yalıtımda kalır. Yani lamba sönüktür. İletim için Bı butonuyla geyt devresinin yeniden tetiklenmesi gereklidir. 3- Kapasitif Durdurma : Büyük akım ve gerilimlerde çalışan tristörleri durdurmak için kullanılan bir yöntemdir. Uygun bir kondansatörün üzerinde biriken şarj yardımı ile tristöre ters polarma uygulanarak çalışması durdurulabilir. Bu iki şekilde yapılabilir. Aşağıdaki şekilde DC devresini kontrol eden tristörün bir kapasitif devre ve anahtar yardımı ile durdurulması görülmektedir. Devre normal çalışırken R 2 şarj direnci üzerinden C kondansatörü şarj olur ( S anahtarı açık ). Tristörün çalışması durdurulacağı zaman, tristör geyt akımı kesilmeli Ig = 0 ve S anahtarı kapatılmalıdır. Anahtar kapatıldığında C kondansatör uçlarındaki gerilim anot ( - ) ve katot ( + ) olacak şekilde tristör uçlarına uygulanır. Tristör uçlarına uygulanan yaklaşık besleme gerilimine eşit bu ters gerilim, geyt akımı kesik tristörü 15-20 saniye gibi kısa bir zaman içinde durdurur. Anahtar açılıp tristör tetiklendiği zaman çalışma tekrar devam eder. Yukarıdaki şekildeki devrede anahtar yerine bir tristör bağlanırsa tristör otomatik olarak durdurulabilir. Doğru akım kontrollerinde kullanılan tristörlerin genel olarak, tetikleme - 8 -
gerilimlerine bağlı olarak çalışması arzu edilir. Bu işlem otomatik olursa bir çok pratik faydalar sağlar. Bunun için aşağıdaki şekilde ki devreden faydalanılabilir. Tristörü otomatik durdurma Yukarıdaki şekildeki devrede b butonuna basıldığında SCR 1 iletken olur. SCR 2 iletimde iken C kondansatörü R 2 direnci üzerinden şarj olur. Tristör durdurulmak istendiğinde SCR 2 iletime geçirilerek SCR 1 uçlarına ters polarma gerilimi uygulanır. Dolayısı ile SCR 1 kesime gider. Butona basana kadar SCR 1 yalıtımda kalır. 4-Geyte Ters Gerilim Uygulayarak Durdurma: Şekil devrede tristörün geytine önce pozitif pals uygulanarak tristör iletime geçiriliyor, ancak hemen arkasından -5V tepe değerine sahip negatif pals tatbik edilerek tristör bünyesindeki tetiklerne devresi dışarıdan etkiyle ters polarizasyona sokulup hızla kesime gitmesi ve yük akımının kesilmesi sağlanmaktadır. Bu olay tekrarlanarak tristörün bir iletime bir yalıtıma gitmesi sağlanıp, anahtarlama hızlı bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir. Tristörün korunması : 1- Aşırı Gerilimlerden Korunması : Tristörlerin çalışma gerilimleri kataloglarda belirtilmiştir. Tristörün devreyi açması, tristörün devreyi kapaması ve tristörün söndürülmesi anlarında meydana gelen ani akım değişmelerinin oluşturduğu devre selfinden ( bobinin oluşturacağı zıt E.M.K' den ) dolayı tristör uçlarında meydana gelen aşırı gerilimler, kataloglarda belirtilen tristörlerin gerilim değişme hızlarını aşarsa tristörler bozulur. Tristörün bozulmasını önlemek için tristörün anot -katot uçları arasına aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi paralel olarak R-C elemanları bağlanır. Tristörün kesime gittiği anda yük üzerinde oluşan manyetik alan R-C elemanı üzerinden söndürülerek tristörün zarar görmesi önlenmiş olur. - 9 -
R-C elemanı ile tristörün korunması Devreye bağlanacak olan R-C elemanın değeri pratik olarak şu şekilde hesaplanır. C 2,5.I ort ( nf ) 2. U DRM R ( ) 3. I ya I ort = Tristörün üzerinden geçen ortalama akım ( A ) U DRM = Tristörün periyodik pozitif-kapama gerilimi ( V ) I ya = Tristör yol alma akımı ( A ) 2- Aşırı Akımdan Korunması : Tristörün devreyi açması ve kapaması anında meydana gelen akım yükselme hızı, kritik akım yükselme hızını aşarsa tristör bozulur. Ayrıca ; müsaade edilen aşırı yük akımı ve darbe akımı sınır değerlerinin üzerine çıkılmaması gereklidir. Aksi takdirde tristör bozulur. Tristörün kapasitif ve endüktif yüklerde aşırı akımdan korunması aşağıda açıklanmıştır. a- Kapasitif Yüklerde Akım Yükselme Hızının Kontrolü : Burada dikkat edilmesi gereken husus tristörün kumanda ettiği yükün cinsidir. Yük yeteri kadar endüktif ise L bobinine ihtiyaç yoktur. Yük kapasitif ise L bobinine ihtiyaç vardır. Tristörün kapasitif yüklerden korunması Yük kapasitif ise uygun bir L bobini yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi yüke seri olarak bağlanır. Bilindiği gibi bobin ani akım yükselmelerini engeller. Devre akımının - 10 -
yükselme hızı bu şekilde kontrol altına alınarak tristörün bozulmasını önlenir. b- Endüktif Yük Üzerinde Meydana Gelen Magnetik Enerjinin Söndürülmesi : Röle, kontaktör gibi endüktif yüklerin tristör, ile kontrolünde tristörün yük enerjisini kesmesiyle ( devreyi kapamasıyla ) endüktif yük uçlarında ters EMK indüklenir. Tristörün kapasitif yüklerden korunması Bu gerilimin akıtacağı akım ile tristör bozulabilir. Bu durumda tristörü korumak için yukarıdaki şekildeki gibi D diyotu yük uçlarına ters paralel bağlanır. Bu şekilde yük enerjisinin kesilmesiyle yükte meydana gelen ters EMK diyot tarafından yine yük üzerinde harcanır. Tristörlü Redresörler ( Doğrultmaçlar ) : Alternatif akımı doğru akıma çeviren sistemlere redresör denir. Redresörler sanayi için gerekli olan DC gerilimin elde edilmesini sağlar. Büyük akım ve gerilimlerin doğrultulmasında diyotlar yerine tristörler kullanılır. Tristörler ile yapılan doğrultmaç devreleri büyük güçlü DC gerilimde çalışan kaynak makineleri gibi cihazların çalışmasında kullanılır. Tristörler tek ve üç fazlı sistemlerde yarım ve tam dala doğrultma yapabilirler. Tristöre ile yapılan tek ve üç fazlı doğrultma devreleri, diyot ile yapılan doğrultma devrelerinin aynısıdır. Fakat tristör ile yapılan doğrultma devresinde tristörlerin tetiklenmesi gerekir. Tristörlerin geytlerine bağlanan dirençler ile tetikleme açıları ayarlanabilir. Geyt tetikleme açısının kontrol edilmesi ile faz kontrolü denir. Tristör ile yapılan doğrultmaç devreleri aşağıdaki nedenlerden dolayı diyot ile yapılan doğrultmaç devrelerden daha çok kullanılır. 1- Büyük akımların küçük akımlar ile kontrol edilmesini sağlar. Böylece büyük akımlı anahtar yerine küçük akımlı anahtarlar kullanılır, 2- Tristör ile yük akımı değiştirilerek ayarlı yükkontrolü yapılabilir. Tristör ile yapılan doğrultmaç devrelerinde filtre elemanı olarak demir nüveli şok bobini kullanılır. Şok bobini ile yükteki ani akım değişiklikleri bastırılarak yükten geçen akımın sabit kalması sağlanır. - 11 -
Tristörlü Redresör Çeşitleri : 1- Bir Fazlı Tristörlü Redresörler : a- Bir fazlı yarım dalga tristörlü redresörler, b- Bir fazlı orta uçlu tam dalga tristörlü redresörler, c- Bir fazlı köprü tipi tam dalga tristörlü redresörler. 2- Üç Fazlı Tristörlü Redresörler : a- Üç fazlı yarım dalga tristörlü redresörler, b- Üç fazlı tam dalga tristörlü redresörler. 1- Bir Fazlı Tristörlü Redresörler : a- Bir Fazlı Yarım Dalga Tristörlü Redresörler : Tristör ile yapılan yarım dalga redresör devresi Yukarıdaki şekilde tristör ile yapılan yarım dalga redresör devresinde tristör bir diyot gibi görev yapmaktadır. Tristörün iletime geçebilmesi için geytinin tetiklenmesi gerekir. Fakat tetikleme açısı veya faz gecikme açısı ( a ) mümkün olduğunca küçük olmalıdır. Bu açı R İ ve R 2 gerilim bölücü dirençleri ile ayarlanabilir. R 2 direnci yerine potansiyometre kullanılırsa bu direncin değeri artırılarak faz gecikme açısı küçültülebilir. Transformatörün sekonder sargı uçları arasında 180 faz farkı vardır. Yani a ucunda pozitif alternans varken b ucunda negatif alternans vardır. Gerilim uygulandığı sürece bu uçlar 50 defa yön değiştirir. Sekonder sargısının a ucu ( + ), b ucu ( - ) olduğu kabul edilerek S anahtarı kapatılırsa geyt tetiklenir. Tristör iletime geçer ve bir yönde akım geçmesi sağlanır. Eğer a ucu ( - ), b ucu ( + ) olursa S anahtarı kapatılsa bile D diyotu akım geçişine müsaade etmeyeceği için geyt tetiklenemez ve tristör yalıtkan olur. Böylece yük uçlarında aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi yarım dalga doğru gerilim elde edilir. - 12 -
Bir fazlı yarım dalga şekli b- Bir Fazlı Orta Uçlu Tam Dalga Tristörlü Redresörler : Aşağıdaki şekilde ki devrede transformatörün sekonder sargısının a ucu ( + ) olduğunda 1. tristör iletken 2. tristör yalıtkandır. a ucu ( - ) olduğunda 1. tristör yalıtkan 2. tristör iletken olur. Böylece yük üzerinden aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi her iki alternansta da aynı yönde akım geçmesi sağlanır. Devrede kondansatör yokken yük uçlarındaki bu akım, dalgalı akımdır ( nabazanlı akım ), devrede kondansatör varken akımdaki bu dalgalanma faz gecikme açısına da bağlı olarak önlenir. C kondansatörü pozitif alternanslarda şarj olur, negatif alternanslarda ise yük üzerinden deşarj olarak oluşacak akım dalgalanmalarını önler. Gecikme açısı küçültülerek akımdaki dalgalanma azaltılabilir. Tristör ile yapılan orta uçlu tam dalga redresör devresi - 13 -
Bir fazlı orta uçlu tam dalga redresör şekli c- Bir Fazlı Köprü Tipi Tam Dalga Tristörlü Redresörler : Bir fazlı köprü tipi tam dalga redresör devresi Yukarıdaki şekildeki yan kontrollü bir fazlı köprü tipi tam dalga redresör devresinde, transformatörün sekonder sargısının a ucu ( + ), b ucu ( - ) olduğunda SCR 1 Tristörü ve D 3 diyotu iletken, SCR 2 tristörü ve D 4 diyotu yalıtkan olur. a ucu ( - ), b ucu ( + ) olduğunda SCR 1 Tristörü ve D 3 diyotu yalıtkan, SCR 2 tristörü ve D 4 diyotu iletken olur. Böylece tristörler sıra ile iletime geçerek yük üzerinden aynı yönlü akım geçmesini sağlar. Bu devrenin dalga şekli orta uçlu tam dalga redresör şekli gibidir. - 14 -
2- Üç Fazlı Tristörlü Redresörler : Üç fazlı redresörler üç fazlı alternatif gerilimin doğrultulmasında ve çıkış geriliminin kontrolünde kullanılır. Bilindiği gibi üç fazlı sistemde fazlar arasında 120 faz farkı bulunur. Bir fazlı sistemde bir periyot ( 180 ) içinde bir adet pozitif alternans bulunurken üç fazlı sistemde bir periyotta üç adet pozitif alternans bulunur. Dolayısı ile yük üzerinden geçen akım ve yük uçlarındaki gerilim dalgalanması oldukça azalacak ve daha düzgün bir doğru gerilim elde etme imkanı artacaktır. Üç fazlı redresörler bir fazlı redresörlerde olduğu gibi yarım dalga ve tam dalga olmak üzere iki şekilde yapılır. a- Üç fazlı yarım dalga tristörlü redresörler : Üç tristör üç fazlı transformatörün çıkışına aşağıdaki şekildeki gibi bağlandığında 0-180 arasında ( bir periyot içinde ) tristörler pozitif alternansta faz gecikme açısı ile tetiklenerek iletken olur. Yük uçlarındaki gerilim bu üç tristörün çıkış gerilimlerin toplamı kadardır. Üç fazlı yarım dalga redresör devresi Aşağıdaki şekilde yük uçlarındaki gerilimin dalga şekli görülmektedir. Bu devre ile alternatif akımın sadece pozitif alternansı doğrultulur. Çıkış geriliminin daha düzgün olması için devreye kondansatör bağlanır. Üç fazlı yarım dalga redresör şekli - 15 -
b- Üç Fazlı Tam Dalga Tristörlü Redresörler : Üç fazlı tam dalga redresör devresinde yüksek çıkış gerilimi ve düzgün yük akımı elde edilir. Aşağıdaki şekildeki devre ile üç fazlı alternatif gerilimin hem pozitif alternansı hem de negatif alternansı doğrultulur. Karşılıklı tristörler ( SCR 1 SCR 2, SCR 3 SCR 4, SCR 5 SCR 6 ) sıra iletime geçerek hem pozitif alternansı hem de negatif alternansı yük uçlarına iletirler, böylece daha düzgün bir doğru gerilim elde edilir. Üç fazlı tam dalga redresör devresi Aşağıdaki şekilde üç fazlı tam dalga çıkış gerilimi görülmektedir. Üç fazlı tam dalga redresör çıkış gerilimi - 16 -
Tristör Uygulama Devreleri : Tristör ile Yarım Dalga Lamba Kontrolü : Aşağıdaki şekildeki devrede D, R 3, Z D ve C, UJT' li osilatör için gerekli regüleli doğru gerilimi sağlar. UJT çalışma frekansı, dolayısıyla tristörün tetikleme zamanı, potansiyometre ( P ) ve ( C 1 ) kondansatör ile sağlanır. Zaman gecikme süresi. ( T = P x C 1 ) dir. Tristör ile yarım dalga lamba kontrolü Tristör, bu bağlantıda yükü yarım dalga kontrol eder P potansiyometresi minimum yapıldığında C 1 kondansatörü şarj olur, UJT tetiklenerek tristörün çalışmasını sağlar ve pozitif alternansların tamamı yüke aktarılır Lamba parlak yanar P maksimum yapıldığında bir alternans süresi içinde C 1 yeterli şarj olamayacağından UJT ve tristör yalıtkan olur ve lamba yanmaz. Ayarlanabilir Gerilim Kaynağı : Aşağıdaki şekilde ki devrede C kondansatörü her pozitif yarım periyot sırasında potansiyometre üzerinden şarj olur. Kondansatör uçlarındaki gerilim diyak ateşleme gerilimi değerine geldiğinde diyak iletken olur ve tristör tetiklenir. Lamba uçlarında bir gerilim ortaya çıkar ve lamba yanar Lamba uçlarındaki bu gerilim potansiyometre ile ayarlanabilir. Ayarlanabilir gerilim kaynağı devresi Tristörlerin Şalter ( Kontaktör ) Olarak Kullanılması : Tristör ile gerçekleştirilen şalterlere hareketli parçası olmadığından statik şalter denir. Alternatif akımda ve doğru akımda kullanılabilir. Alternatif akım devrelerinde şalter olarak kullanılan tristörlerin söndürülmesine gerek yoktur. Çünkü alternatif akımın her yarım periyodunda gerilim değeri sıfır olduğundan, tristör kendiliğinden kesime gider. Alternatif akım her iki yönde akan bir akımdır. Tristör ise sadece bir yönde akım geçirir. Alternatif akımın her iki alternansını da geçirmek için tristörler ters paralel bağlanır ya da iki yönde - 17 -
akım geçiren triyaklar kullanılır. Doğru akım devrelerinde ise şalter olarak kullanılan tristörler, bir defa tetiklendiğinde sürekli iletimde kalacağından tristörün söndürülmesi için özel bir düzeneğe ihtiyaç vardır. : a- Ters Paralel Bağlı Tristörler ile Yapılan Transformatör Tetiklemeli AC Şalteri Ters paralel bağlı tristörler ile yapılan transformatör tetiklemeli AC şalteri Yukarıdaki şekilde ki devrede tristörlerden biri iletimde iken diğeri yalıtımdadır. Devredeki akımın pozitif yarım dalgası T 1 tristöründen negatif yarım dalgası da T 2 tristöründen geçer. Devredeki R-C elemanı tristörün sönme esnasındaki meydana getirebileceği yüksek gerilimi önlemek için kullanılmıştır. Tetikleme elemanı olarak da transformatör kullanılmıştır. Diyotlar ise kapı akımının daima kapıdan katoda doğru akması içindir. Her tristör geçireceği yarım dalganın başlangıcında her periyotta bir defa tetiklenir ve akımın 0 ( sıfır ) olduğu durumlarda kendiliğinden kesime gider. Böylece alternatif akımın tamamı yük uçlarına uygulanmış olur. b- Ters Paralel Bağlı Tristörler iıe Yapılan Transformatörsüz AC Şalteri : Aşağıdaki şekildeki devrede ise S anahtarı kapatıldığında pozitif alternansta SCR 1 tristörü D 1 ve ( r ) üzerinden tetiklenerek iletken olurken, negatif alternansta SCR 2 tristörü D 2 ve ( r ) direnci üzerinden tetiklenerek iletken olur S anahtarı açıldıktan yarım periyot sonra tristörler kesime gider S anahtarı istediğimiz yere konulabilir. İstediğimiz şekilde kontrol edebiliriz ( ışığa bağlı, ısıya bağlı vb ) ( r ) direnci ise geyt akımını sınırlamak için konulmuştur. Şebeke gerilimi maksimum iken geyt akımı tehlikeli akıma ulaşabilir. Bunun için ( r ) direnci büyük seçilmelidir. R-C elemanı tristörü korumak için kullanılmıştır. Ters paralel bağlı tristörler ile yapılan transformatörsüz AC şalteri - 18 -
Tristör İle Tam Dalga Yük Kontrolü : Tristör ile tam dalga yük kontrolü Yukarıdaki şekildeki devreye AC uygulandığında Pot ve 10 K dan geçen akım C kondansatörünü şarj etmeye başlar C kondansatörünün uçlarındaki gerilim 0,7 Voltu aştığında tristör iletken olur ve lamba yanar. Potansiyometrenin değeri değiştirilerek C' nin şarj durumu ayarlanabilir. Yukarıdaki şekildeki devre ile tristör yükü tam dalga olarak kontrol eder. Lamba uçlarındaki gerilim aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi doğru bir gerilimdir. Tristör ile tam dalga yük kontrolünde çıkış eğrileri Tristör İle DC Şönt Motor Hız Kontrolü ( Devir Sayısı Ayarı ) : Aşağıdaki şekildeki S anahtarı kapatılınca C kondansatörü, P potansiyometresi üzerinden şarj olmaya başlar. C şarj olduktan sonra tristör iletken olur. Dolayısı ile motor sargılarından akım geçerek motor çalışır. Motorun hız kontrolü Potansiyometrenin değeri ayarlanarak değiştirilebilir. Doğru akım şönt motorunun devir sayısı ayarı. - 19 -
Tristör İle seri sargılı motorun yarım dalga hız kontrolü ( devir sayısı ayarı ) : Seri sargılı alternatif akım motor hız kontrolü Yukarıdaki şekildeki devreye enerji uygulandığında C kondansatörü, P potansiyometresi üzerinden şarj olmaya başlar. Kondansatör şarj olduktan sonra kondansatör uçlarındaki gerilim diyak ateşleme gerilimine ( yaklaşık olarak 30 V ) ulaştığında tristör iletken olur. Dolayısı ile motor sargılarından akım geçerek motor çalışır. Motorun hız kontrolü potansiyometrenin değeri ayarlanarak değiştirilebilir. Motor yerine akkor flemanlı lamba bağlanırsa lambanın parlaklığı ayarlanabilir. Işık Kuplajlı ( Opto Kuplörlü ) Tristör Devresi : Işık kuplajlı ( opto kuplörlü ) tristör devresi Bu devre güç ve kumanda devresinin birbirinden yalıtılması amacı ile kullanılır. Yukarıdaki şekildeki devrede S anahtarı kapatılırsa opto kuplör çıkış verir, dolayısı ile tristör tetiklenerek lamba yanar. S anahtarı açılırsa opto kuplör çıkış veremez ve tristör kesime giderek lamba söner. Yarı İletken Şalterlerin Kontaktörler İle Karşılaştırılması : Faydaları : 1- Hareketli parçaları olmadığından bakım gerektirmezler, 2- Açıp kapama ömürleri uzundur, 3- Devreyi açıp kapama esnasında ark meydana getirmezler, 4- Devreyi kapama süresi çok kısadır, 5- Şalter güçleri çok büyüktür. - 20 -
Sakıncaları : 1- Aşırı akım ve gerilimlere dayanıksızdırlar, 2- Yükü şebekeden tam olarak ayıramazlar, 3- Kayıpları fazladır. Tristörler İle Üç Fazlı Motorun Faz Sırasının Değiştirilmesi : Bilindiği gibi üç fazlı asenkron motorların devir yönü değiştirilmek istendiğinde, motora uygulanan fazlardan biri sabit kalmak şartı ile diğer iki fazın yeri değiştirilir. Böylece motorun dönüş yönü değişir. Üç fazlı gerilimin R S T uçları motor klemens kutusundaki U V W uçlarına şekil a' da ki gibi bağlandığında motor bir yönde döner. Motorun dönüş yönünün değişmesi istendiğinde şekil b de ki gibi fazlardan biri sabit tutularak diğer iki fazın yeri değiştirilirse, motorun dönüş yönü değişir. Fazların üçü aynı anda yer değiştirilirse motorun dönüş yönü değişmez. a- Üç fazlı motorun bir yönde çalışması b- Üç fazlı motorun diğer yönde çalışması Sık sık faz sırasının değişmesi istendiği yerlerde kontaktörler yeri ne tristör, triyak gibi yarı iletken anahtarlar kullanılır. Yarı iletken anahtarlar ile faz sırasını değiştirmek için ; Şekil c' de ki gibi fazlardan biri sabit tutularak, iki adet tristör grubu ile diğer iki fazın yerleri değiştirilir Böylece motorun devir yönü değiştirilir. Tristörler ters paralel bağlanarak motorun tam dalga kontrolü yapılır Şekil c' de ki devrede ters paralel bağlı tristörler yerine triyaklar da kullanılabilir. Devredeki R-C elemanları tristörleri korumak İçin kullanılmıştır. Devre kumanda ve güç devresi olmak üzere iki kısımdan oluşur. Şekil d' de ki kumanda devresindeki startı butonuna basıldığında A rölesi ( 1-2 ve 3-4 ) nolu kontaklarını kapatarak ( SCR 1 -SCR 2 ve SCR 3 -SCR 4 ) tristörleri iletken olarak motor bir yönde dönmeye başlar. Motor diğer yönde çalıştırılmak istenirse stop butonuna bastıktan sonra start 2 butonuna basılır. Böylece B rölesi ( 1-2 ve 3-4 ) nolu kontaklarını kapatarak ( SCR 5 -SCR 6 ve SCR 7 -SCR 8 ) tristörlerini iletken yapar ve motor diğer yönde dönmeye başlar. - 21 -
c- Tristörü ile faz sırasının değiştirilmesine ait güç devresi Devredeki faz çakışmasını önlemek için A rölesinin kapalı kontağı B rölesinin bobin ucuna, B rölesinin kapalı kontağı A rölesinin bobin ucuna bağlanmıştır. Bu şekilde motor bir yönde çalışırken stop butonuna basmadan diğer yönde çalışmaz. d- Tristör İle faz sırasının değiştirilmesine ait Kumanda devresi B- Diyakların yapısı ve özellikleri : Diyak ın sembolü, yapısı, diyot eşdeğeri ve resmi - 22 -
Tanımı : Her iki yönde akım geçiren yan iletken elemanlara diyak denir. Yukarıdaki şekilde diyak ın sembolü, yapısı, diyot eşdeğeri ve resmi görülmektedir. Özelliği : Diyak ( ortalama olarak ) uçlarına uygulanan gerilim, 20V ile 50V olan diyak kırılma gerilimine ulaştığında iletken olur. ( Aşağıdaki şekil ). Bu özelliği her iki yönde de gösterir. Son zamanlarda 20V ile 80V arasında çalışan diyaklar yapılmıştır. Her iki alternansı geçiren, triyak gibi yarıiletken elemanların tetiklenmesinde kullanılan yarıiletken bir elemandır. Diyak karakteristik eğrisi Yapısı : Diyak dört tabaka silisyum veya germanyumdan yapılmıştır. İki diyotun ters paralel bağlanmasından meydana gelmiştir. Diyak ın Sağlamlık Kontrolü : Avometre ohm kademesinde iken ; avometrenin ucunu diyak' a tuttuğumuzda her iki yönde de sonsuz direnç gösterir. Diyak' ın sağlamlık kontrolü sadece yalıtkanlığı ile değil, kırılma geriliminde iletime geçmesiyle ancak tam olarak yapılmış olur. Diyak İle Yapılan Osilatör Devresi : Diyak ile yapılan flaşör devresi Yukarıdaki şekildeki diyak osilatör devresinde diyak uçlarına uygulanan gerilim 32-23 -
voltun altında ise diyak yalıtkan ; 32 voltun üstünde diyak iletkendir. C kondansatörü, P potansiyometresi üzerinden şarj olur, uçlarındaki gerilim 32 voltu aşınca diyak iletken olurken 330 direnç üzerinden C kondansatörü hemen deşarj olur ve diyak kesime gider. Anahtar kapalı olduğu sürece, kondansatör bu şekilde şarj ve deşarj edilerek diyak uçlarında bir osilasyon elde edilir. Diyak İle Çalışan Flaşör Devresi : Aşağıdaki şekildeki flaşör devresinde C kondansatörü 470 K' luk direnç üzerinden şarj olur. C kondansatörü uçlarındaki gerilim 32 volt olduğunda diyak iletken olur ve LED yanar. D diyotu negatif gerilimlere karşı korumak için konulmuştur. LED' in yanma süresi 470 K' luk direncin ve kondansatörün değeri değiştirilerek ayarlana bilir. Diyak ile yapılan flaşör devresi http://320volt.com/ - 24 -